CN101958847A - 一种分布式qos路由的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布式QOS路由的选择方法，包括如下步骤：(1)根据分组的业务种类，为其标识DSCP值，同时向中间节点发送若干个具有相同请求号的探测包，开始并行搜索可行路径；(2)中间节点判断到达的探测包的类型，对探测包进行特定处理；(3)目的节点根据到达的探测包分组的情况，建立一个探测包缓冲表，实现并行路径的存储和预留。此种路由方法可满足层出不穷的多媒体业务的要求，不仅具有分布式路由算法简单、链路开销小的优点，而且可以减少网络处于重负荷时所产生的资源碎片，接纳更多的业务。

Description

一种分布式QOS路由的选择方法

技术领域

 本发明是一种基于智能业务分类的分布式QOS路由方法，采用基于选择性探测的分布式路由技术，涉及基于智能业务识别的可信路由架构的应用，属于QOS路由的技术领域。

背景技术

 随着网络多媒体技术的飞速发展，Internet已逐步从单一的数据传送网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化。传统的提供尽力而为服务的网络，已无法满足各种应用对网络传输质量的不同要求。层出不穷的多媒体应用对网络的服务质量提出了更高的要求，这些不同的应用有不同的QOS（Quality Of Service）要求，QOS通常用带宽、时延、时延抖动和分组丢失率等参数来衡量。IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任务组）为使现有网络能够支持QOS需求做了很多工作，提出了许多服务模型和机制，包括IS/RSVP模型、区分服务模型、MPLS、传输工程和QOS路由等。其中保证服务质量的 QOSR（Quality of Service Routing）是网络中解决QOS问题的一项关键技术。QOS路由的基本作用是找到一条可行路径，有足够的可用资源来满足一个连接的QOS需求。这里，QOS需求表示成一个约束集，可以是链路约束，端到端路径约束，整个多播树的树约束。这些约束也可以是带宽，时延，时延抖动，丢包率约束等等。根据运算规则，这些度量参数可以分为加性度量参数，乘性度量参数和凹性度量参数。

假设路径P包含n条链路(                                                

),

是链路

上的第j个参数。路径P上的第j个参数用

来表示。各种度量参数特性定义如下：加性度量参数：

=

，例如：时延，时延抖动，代价或者跳数；乘性度量参数：

=

，例如：丢包率，传输成功率等；凹性度量参数：

=

，例如：带宽。为了满足QOS需求，必须考虑多个约束。对于单播路由问题，PCPO和多约束路径MPC是最热门的两类算法。MPC比PCPO简单一些，因为MPC不需要某些度量最优，而它只需要找到一个满足所有约束的路径。研究表明，寻找满足两个或者两个以上加性的限制条件的路由问题是 NP 完全问题。他们不能在多项式时间内解决，因此提出一些启发式算法寻求近似最优解。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题是针对传统的提供尽力而为服务的网络越来越无法满足各种应用对网络服务质量的不同要求，提供一种分布式QOS路由的选择方法，其可满足层出不穷的多媒体业务的要求，不仅具有分布式路由算法简单、链路开销小的优点，而且可以减少网络处于重负荷时所产生的资源碎片，接纳更多的业务。

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

一种分布式QOS路由的选择方法，包括如下步骤：

（1）根据分组的业务种类，为其标识DSCP（Differentiated Services Code Point，差分服务代码点）值，同时向中间节点发送若干个具有相同请求号的探测包，开始并行搜索可行路径；（2）中间节点判断到达的探测包的类型，对探测包进行特定处理；（3）目的节点根据到达的探测包分组的情况，建立一个探测包缓冲表，实现并行路径的存储和预留。

上述步骤（1）中，所述的探测包有三种类型：PROBE、ACK和REJECT，其中，PROBE用于并行地探测满足不同业务的QOS需求的路径，ACK分组用于预留资源和通知源边界路由器与目的端连接已经建立，REJECT分组用来避免回路和通知源边界路由器路径建立失败，并且释放预留的资源。

上述步骤（1）中，在发送探测包时，同时开启计时器；在步骤（2）中，当中间节点收到一个探测包时，首先判断其类型，如果是PROBE分组，则转步骤（21）；如果是ACK分组，则转步骤（22）；如果是REJECT分组，则转步骤（23）；

（21）如果中间节点收到的是PROBE分组，则按照候选链路规则进行并行探测；

（22）当中间节点收到的是ACK分组时，如果输入链路的可用带宽大于等于BW，那么就为业务预留BW大小的带宽，并且继续向父节点转发ACK分组，直至源边界路由器，链路建立成功；如果可用带宽小于BW，那么就向其父节点发送REJECT分组，转步骤（24）；

（23）当中间节点收到的是REJECT分组时，要从候选链路集中去掉该链路，标记为不可选，然后转步骤（22）；

（24）如果计时器时间耗尽而又没有具有相同请求号的预留资源返回，则路由选择失败；反之则路由选择成功。

上述步骤（21）中，候选链路规则为：

（211）根据数据包的DSCP值，根据其QOS需求，设定QOS字段的参数值和计算规则，用

表示链路

上对应于PROBE报文中QOS要求的加性参数的值；

为链路

上对应于PROBE报文中QOS要求的乘性参数的值；是决定加性参数和乘性参数相对重要性的参数；根据业务的不同类别，调整链路选择强度值

；

（212）将分组中的STATE字段的加性参数和乘性参数与

的邻接链路集

中链路的相应参数执行加法或者乘法，获得预测值，并将预测值与QOS请求进行比较，如果满足各项QOS参数需求，就获得一个候选链路集合

；

（213）如果候选链路集中链路的带宽大于或者等于BW，候选链路按照带宽升序排列，即

越小越好；如果邻接链路集

中链路的带宽小于BW，候选链路按照带宽降序排列，即越小越好；

（214）如果所有候选链路可用带宽都小于BW，设候选链路集中的最大可用带宽为，首先选择带宽最大的这条链路

，然后选择下一条带宽最接近BW-

的链路，直到满足带宽需求为止；

（215）当在同一个节点有多条链路符合

的要求时，可通过链路选择强度值

，

来选择更加符合业务的QOS需求的链路进行转发。

上述步骤（3）中，目的节点对到达的探测包分组的处理步骤为：

（31）当目的节点收到一个PROBE分组时，首先判断该分组是否为第一个PROBE；如果是第一个分组，转步骤（32），否则转步骤（34）；

（32）判断链路的带宽是否大于等于QOS要求的带宽，如果大于等于转步骤（33），否则转步骤（34）；

（33）路径选择成功，向父节点发送ACK分组预留带宽，并且丢弃后面到来的PROBE分组；

（34）如果小于QOS要求的带宽，就建立一个探测包缓冲表，存放探测包中的各个字段值；

（35）继续接收到达的PROBE分组，并且不断判断各个PROBE分组中STATE字段的带宽值之和是否大于等于QOS中的带宽需求，直到满足需求，转步骤（33）。

采用上述方案后，本发明根据不同的业务种类，通过调节链路选择强度参数，为不同的业务标识不同的DSCP值，从而提供有区别的服务，以满足其QOS需求，具体可实现以下目的：

（1）运用智能业务识别方法，对到达边界路由器的分组进行识别和流量控制，并在DSCP分类器对分组进行标识；

（2）根据DSCP值不同，主动队列管理和调度方法为不同类型的业务提供不同优先级的服务次序；

（3）路由模块采用的分布式QOS路由算法具有分布式路由算法的普遍优点，各个节点仅需要维护本节点及相邻链路的状态信息，避免了复杂的路径计算，节省了存储空间和处理时间；

（4）采用选择性探测方式，增强了路径的搜索效率，一定程度上避免了网络拥塞；

（5）多约束（MCP）路由算法，可以根据到达分组不同的DSCP值，确定不同业务的QOS参数需求，考虑多个约束参数，提供满足其服务质量的服务；

（6）采用有效的链路选择规则，适时调整各项参数的权值，满足各项业务的不同需求，通过有效的带宽约束，减少资源碎片的产生，提高了网络资源利用率。

附图说明

 图1是本发明所使用的可信路由模型的示意图；

图2是本发明中间节点对三种探测包分组的处理过程；

图3是本发明中目的节点的处理规则。

具体实施方式

 以下将结合附图及具体实施例对本发明的工作流程进行详细说明。

首先参考图1所示，本发明是基于可信路由模型而实现，所述的可信路由模型包括智能业务识别与流量控制模块、分组队列与加权调度模块以及QOS路由算法模块，其中，智能业务识别与流量控制模块对到达边界路由器的分组进行智能业务识别和标识，为不同的业务标识不同的DSCP标记；分组队列与加权调度模块负责将不同的业务根据其DSCP值，进入不同优先级的主动队列，然后按照加权轮询调度算法进行调度，并进行适当的速率调节；QOS路由算法模块根据不同的DSCP值，确定业务的网络服务质量需求，从而确定不同的链路选择规则，调整各个参数的权重，为到达同一目的地址的不同业务选择多条具有不同服务质量的备选路径。

本发明一种分布式QOS路由的选择方法的具体步骤为：

（1）在源节点，分组经过智能业务识别与流量控制模块之后，不同的业务种类标识有不同的DSCP值，边界路由器同时向中间节点发送若干个具有相同请求号的探测包，开始并行搜索可行路径，同时开启计时器开始计时；

（2）中间节点通过判断到达的探测包的类型，对探测包进行特定处理，此处探测包有三种类型：PROBE、ACK和REJECT，其中PROBE用于并行地探测满足不同业务的QOS需求的路径，ACK分组用来预留资源和通知源边界路由器与目的端连接已经建立，REJECT分组用来避免回路和通知源边界路由器路径建立失败，并且释放预留的资源；

（3）目的节点根据到达的PROBE分组的情况，建立一个探测包缓冲表，实现并行路径的存储和预留。

路由器在转发时，根据业务类的QOS要求，选择合适的备选路径进行转发。当产生路由请求后，源节点同时发送若干个具有相同请求号的探测包，开始并行搜索可行的路径；同时开启一个计时器，如果计时器时间耗尽而又没有具有相同请求号的预留资源返回，则路由选择失败。

本路由方法定义了三种探测包分组：PROBE，ACK和REJECT。

在本发明中，PROBE分组的格式定义为：（（SID，TID，REQID，PACKID），TTL，PATH，QOS，STATE），其中，四元组（SID，TID，REQID，PACKID）用于标识一个探测包，SID是源节点的地址，TID是目的节点的地址，REQID是源节点的服务请求号，PACKID是探测包号。TTL是数据包的生存时间，它定义了从源节点到目的节点的时间限制，是路由请求中的时延限制或者系统指定的时间限定。经过一个节点，探测包的生存时间减1，直到生存时间为0时，丢弃数据包；PATH用于记录探测包传输经过的节点；QOS为源节点的QOS请求参数需求，其中包括加性参数、乘性参数、凹性参数（带宽）的限定值；STATE是目前的QOS参数状态。

ACK分组的格式为：（(SID，TID，REQID，PACKID)，TTL，PATH，QOS，BW），该ACK分组用来预留资源和通知边界路由器与目的端连接已经建立，BW字段是目前路径的预留带宽。

REJECT分组用来避免回路和通知边界路由器路径建立失败，并且释放预留的资源，其分组格式为：（(SID，TID，REQID， PACKID)，TTL，PATH，QOS），各字段定义同PROBE报文，在此不再赘述。

采用本发明进行路由选择，具有分布式路由算法的普遍优点，即各个节点仅需要维护本节点及相邻链路的状态信息，避免了复杂的路径计算，节省了存储空间和处理时间。基于探测的分布式路由算法是一种典型的分布式QOS路由算法，业务的源节点为该业务沿多条路径发送寻路的探测包，每个探测包负责搜集经过的路径状态信息，本发明中相关的中间节点处理机制和探测包的转发规则如图2所示，其步骤为：

（21）当中间节点收到一个探测包时，首先判断其类型，如果是PROBE分组，则转步骤（2）；如果是ACK分组，则转步骤（3）；如果是REJECT分组，则转步骤（4）；

（22）如果收到的是PROBE分组，则按照候选链路规则进行并行探测；

（23）当中间节点收到的是ACK分组时，如果输入链路的可用带宽大于等于BW，那么就为业务预留BW大小的带宽，并且继续向父节点转发ACK分组，直至源边界路由器，链路建立成功；如果可用带宽小于BW，那么就向其父节点发送REJECT分组，转步骤（5）；

（24）当中间节点收到的是REJECT分组时，要从候选链路集中去掉该链路，标记为不可选。然后转步骤（3）；

（25）如果计时器时间耗尽而又没有具有相同请求号的预留资源返回，则路由失败；反之则路由成功。

在前述步骤（22）中，选择转发链路的步骤为：

（221）根据数据包的DSCP值，根据其QOS需求，设定QOS字段的参数值和计算规则，用

表示链路

上对应于PROBE报文中QOS要求的加性参数的值；

为链路

上对应于PROBE报文中QOS要求的乘性参数的值；

是决定加性参数和乘性参数相对重要性的参数；根据业务的不同类别，调整链路选择强度值；

（222）将分组中的STATE字段的加性参数和乘性参数与

的邻接链路集中链路的相应参数执行加法或者乘法，获得预测值，并将预测值与QOS请求进行比较，如果满足各项QOS参数需求，就获得一个候选链路集合；

（223）如果候选链路集

中链路的带宽大于或者等于BW，候选链路按照带宽升序排列，即

越小越好；如果邻接链路集中链路的带宽小于BW，候选链路按照带宽降序排列，即

越小越好；

（224）如果所有候选链路可用带宽都小于BW，设候选链路集中的最大可用带宽为

，首先选择带宽最大的这条链路，然后选择下一条带宽最接近BW-

的链路，直到满足带宽需求为止；

（225）当在同一个节点有多条链路符合

的要求时，可通过链路选择强度值

，

来选择更加符合业务的QOS需求的链路进行转发。

在前面的步骤（3）中，对于目的节点而言，其对到达路由器的探测包分组的处理方式可配合图3所示：

（31）当目的节点收到一个PROBE分组时，首先判断该分组是否为第一个PROBE；如果是第一个分组，转步骤（32），否则转步骤（34）；

（32）判断链路的带宽是否大于等于QOS要求的带宽，如果大于等于转步骤（33），否则转步骤（34）；

（33）路径选择成功，向父节点发送ACK分组预留带宽，并且丢弃后面到来的PROBE分组；

（34）如果小于QOS要求的带宽，就建立一个探测包缓冲表，存放探测包中的各个字段值；

（35）继续接收到达的PROBE分组，并且不断判断各个PROBE分组中STATE字段的带宽值之和是否大于等于QOS中的带宽需求，直到满足需求，转步骤（33）。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分布式QOS路由的选择方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）根据分组的业务种类，为其标识DSCP值，同时向中间节点发送若干个具有相同请求号的探测包，开始并行搜索可行路径；

（2）中间节点判断到达的探测包的类型，对探测包进行特定处理；

（3）目的节点根据到达的探测包分组的情况，建立一个探测包缓冲表，实现并行路径的存储和预留。

2.如权利要求1所述的一种分布式QOS路由的选择方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述的探测包有三种类型：PROBE、ACK和REJECT，其中，PROBE用于并行地探测满足不同业务的QOS需求的路径，ACK分组用于预留资源和通知源边界路由器与目的端连接已经建立，REJECT分组用来避免回路和通知源边界路由器路径建立失败，并且释放预留的资源。

3.如权利要求2所述的一种分布式QOS路由的选择方法，其特征在于：所述步骤（1）中，在发送探测包时，同时开启计时器；在步骤（2）中，当中间节点收到一个探测包时，首先判断其类型，如果是PROBE分组，则转步骤（21）；如果是ACK分组，则转步骤（22）；如果是REJECT分组，则转步骤（23）；

（21）如果中间节点收到的是PROBE分组，则按照候选链路规则进行并行探测；

（22）当中间节点收到的是ACK分组时，如果输入链路的可用带宽大于等于BW，那么就为业务预留BW大小的带宽，并且继续向父节点转发ACK分组，直至源边界路由器，链路建立成功；如果可用带宽小于BW，那么就向其父节点发送REJECT分组，转步骤（24）；

（23）当中间节点收到的是REJECT分组时，要从候选链路集中去掉该链路，标记为不可选，然后转步骤（22）；

（24）如果计时器时间耗尽而又没有具有相同请求号的预留资源返回，则路由选择失败；反之则路由选择成功。

4.如权利要求3所述的一种分布式QOS路由的选择方法，其特征在于所述步骤（21）中，候选链路规则为：

（211）根据数据包的DSCP值，根据其QOS需求，设定QOS字段的参数值和计算规则，用                                                表示链路

上对应于PROBE报文中QOS要求的加性参数的值；

为链路

上对应于PROBE报文中QOS要求的乘性参数的值；

是决定加性参数和乘性参数相对重要性的参数；根据业务的不同类别，调整链路选择强度值

；

（212）将分组中的STATE字段的加性参数和乘性参数与

的邻接链路集

中链路的相应参数执行加法或者乘法，获得预测值，并将预测值与QOS请求进行比较，如果满足各项QOS参数需求，就获得一个候选链路集合

；

（213）如果候选链路集

中链路的带宽大于或者等于BW，候选链路按照带宽升序排列，即

越小越好；如果邻接链路集

中链路的带宽小于BW，候选链路按照带宽降序排列，即

越小越好；

（214）如果所有候选链路可用带宽都小于BW，设候选链路集中的最大可用带宽为

，首先选择带宽最大的这条链路

，然后选择下一条带宽最接近BW-

的链路，直到满足带宽需求为止；

（215）当在同一个节点有多条链路符合

的要求时，可通过链路选择强度值，

来选择更加符合业务的QOS需求的链路进行转发。

5.如权利要求4所述的一种分布式QOS路由的选择方法，其特征在于所述步骤（3）中，目的节点对到达的探测包分组的处理步骤为：

（31）当目的节点收到一个PROBE分组时，首先判断该分组是否为第一个PROBE；如果是第一个分组，转步骤（32），否则转步骤（34）；

（32）判断链路的带宽是否大于等于QOS要求的带宽，如果大于等于转步骤（33），否则转步骤（34）；

（33）路径选择成功，向父节点发送ACK分组预留带宽，并且丢弃后面到来的PROBE分组；

（34）如果小于QOS要求的带宽，就建立一个探测包缓冲表，存放探测包中的各个字段值；

（35）继续接收到达的PROBE分组，并且不断判断各个PROBE分组中STATE字段的带宽值之和是否大于等于QOS中的带宽需求，直到满足需求，转步骤（33）。

Images